เครื่องสกัดสารมูลค่าสูงจากผลผลิตทางการเกษตร

การสกัดพืชสมุนไพร (herbal extraction) หรือสารออกฤทธิ์จากวัสดุทางการเกษตรกรรม ทําได้หลายวิธีเช่น การสกัดแบบซอกห์เลต (Soxhlet extraction) การสกัดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง (sonication) การกลั่นด้วยไอน้ำ (steam distillation) และการสกัดของแข็งด้วยของเหลว (solid–liquid extraction) เป็นต้น วิธีเหล่านี้ มีความสามารถในการทําซ้ำค่อนข้างต่ำ ใช้ระยะเวลาในการสกัดนานรวมถึงต้องใช้ตัวทําละลายอินทรีย์ (organic solvent) ในปริมาณมากด้วย จึงส่งผลให้ค่าใช้จ่ายในการสกัดสูงขึ้นและก่อให้เกิดปัญหาในการกําจัดตัวทําละลายอินทรีย์เพิ่มขึ้นนอกจากนี้การใช้ตัวทําละลายอินทรีย์ในปริมาณมากยังเป็นการทําลายงแวดล้อมและเป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์อีกด้วย ยิ่งไปกว่านั้นการสกัดสารประกอบที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพ (bioactive compound) ด้วยวิธีการสกัดแบบดั้งเดิมเช่น การสกัดแบบซอกห์เลตที่ใช้ความร้อนเป็นระยะเวลานานจะมีผลทําลายสารที่ไม่ทนความร้อน (thermolabile substances) อย่างไรก็ตามในปัจจุบันได้มีเทคโนโลยีสีเขียว (green echnology) เกิดขึ้นเพื่อลดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม โดยเฉพาะการลดการใช้หรือการทําให้เกิดสารอันตราย หนึ่งในเทคนิคการสกัดที่เป็นเทคโนโลยีสีเขียวที่ช่วยลดปริมาณการใช้ตัวทําละลายอินทรีย์ที่เป็นอันตรายได้คือ การสกัดด้วยของไหลความดันสูง (Pressurized Liquid Extraction, PLE) โดยเฉพาะการสกัดที่ใช้น้ำหรือเอทานอลเป็นตัวทําละลาย ในปัจจุบันนิยมนําเทคนิค PLE มาใช้เป็นขั้นตอนหนึ่งในการผลิตโภชนเภสัชภัณฑ์ (nutraceuticals) ซึ่งโภชนเภสัชภัณฑ์จัดเป็นสารหรือองค์ประกอบทางเคมีที่ได้จากพืชสมุนไพรที่ผ่านการสกัดหรือการแยกเป็นสารบริสุทธิ์ แล้วนํามาพัฒนาเป็นรูปแบบต่างๆ เช่น เม็ดหรือแคปซูล มีวัตถุประสงค์เพื่อใช้ป้องกันโรคต่างๆ และเสริมสร้างสุขภาพ  อย่างไรก็ตามเครื่องสกัดด้วยของเหลวความดันสูงที่มีจำหน่ายอยู่ในปัจจุบันมีกำลังการผลิตที่ไม่สูงมากนัก และมีราคาที่แพงมาก เป็นเหตุให้คณะผู้วิจัยมีแนวคิดในการออกแบบ และพัฒนาเครื่องสกัดด้วยของเหลวความดันสูงที่มีกำลังการผลิตที่สูงขึ้นรวมทั้งราคาต่ำลง

การสกัดที่อุณหภูมิสูงจะทำให้ความสามารถในการละลายของสารที่ต้องการสกัดในตัวทำละลายที่ใช้สกัดมีประสิทธิภาพสูงขึ้น ตลอดจนการเพิ่มอุณหภูมิยังเป็นการเพิ่มอัตราการแพร่ของตัวทำละลายและสารที่ต้องการสกัดผ่านเมตริกซ์ (matrix) ของตัวอย่างให้สูงขึ้น การสกัดด้วยของไหลความดันสูงเป็นเทคนิคการสกัดซึ่งอาศัยการให้ความร้อนที่สูงในการสกัด และควบคุมความดันภายในเซลล์ที่ทำการสกัดตัวอย่างให้สูงเพียงพอที่รักษาสถานะความเป็นของเหลวของตัวทำละลายไว้เมื่ออยู่ในอุณหภูมิที่สูงกว่าจุดเดือดในความดันบรรยากาศปกติ ซึ่งส่งผลให้การสกัดทำได้ภายในเวลาที่รcวดเร็วเมื่อเปรียบเทียบกับเทคนิคการสกัดอื่นๆ เช่น ซอกห์เลต ซึ่งอุณหภูมิสูงสุดที่ใช้ได้คือจุดเดือดของตัวทำละลายแต่ละชนิดที่ใช้ในการสกัด การสกัดด้วยของไหลความดันสูงสามารถใช้ได้ทั้งตัวอย่างแบบของแข็ง และของเหลว โดยเทคนิคนี้สามารถลดปริมาณตัวทําละลายอินทรีย์ซึ่งเป็นพิษต่อมนุษย์และสิ่งแวดล้อม มีความสะดวก รวดเร็ว สามารถนํามาประยุกต์ใช้เตรียมสารสกัดจากพืชสมุนไพรเพื่อใช้เตรียมเป็นโภชนเภสัชภัณฑ์ได้เป็นอย่างดี

เครื่องมือที่ใช้ในเทคนิค PLE มี 2 แบบ คือ static instrument และ dynamic instrument การสกัดด้วย static mode จะมีจํานวนรอบของการสกัด (extraction cycle) เพียงรอบเดียวหรือหลายรอบ ซึ่งจะมีการแทนที่ของตัวทําละลายใหม่ในระหว่างรอบของการสกัด แต่ในกรณีของการสกัดด้วย dynamic mode ปั้มจะส่งตัวทําละลายไปสกัดสารด้วยอัตราการไหลคงที่ตลอดเวลา อุณหภูมิในระหว่างการสกัดด้วยเทคนิค PLE จะค่อนข้างกว้าง ตั้งแต่อุณหภูมิห้องไปจนถึง 200 องศาเซลเซียส และความดันอยู่ในช่วง 35-200 บาร์ เทคนิค PLE มักกําหนดระยะเวลาในแต่ะรอบของการสกัดแบบ static mode นานประมาณ 5-15 นาที และเมื่อการสกัดรอบสุดท้ายเสร็จสิ้น เซลล์ที่ใช้ในการสกัดและท่อนําส่งตัวทําละลายจะถูกป้อนด้วยแก๊สเฉื่อยเพื่อกําจัดตัวทําละลายที่ตกค้างอยู่ในเซลล์และท่อ สําหรับการสกัดแบบ static mode นั้น ปัจจัยสําคัญที่มีผลต่อการสกัด คือ อุณหภูมิและระยะเวลาที่ใช้ในการสกัด ประสิทธิภาพของการสกัดจะขึ้นอยู่กับการละลายและความสามารถในการกระจายตัวของสารที่ต้องการสกัดในตัวทําละลาย แต่สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการสกัดได้ด้วยการเพิ่มจํานวนรอบของการสกัดให้มากขึ้น

ติดต่อขอข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่
ผศ.ดร.เมธี สายศรีหยุด
ภาควิชาวิศวกรรมเคมี คณะวิศวกรรมศาสตร์
มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ โทร. 085 322 2187

ขอขอบคุณข้อมูลและภาพประกอบจาก
ผศ.ดร.เมธี สายศรีหยุด

✍ ผลิตสื่อโดย ฝ่ายเผยแพร่งานวิจัย